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.XT”是个啥以及.XT技术对器件稳态热阻Rth(j-c)的提升及其影响

QjeK_yflgybdt 来源:英飞凌工业半导体 作者: 张浩 苑志辉 王丹 2021-07-06 11:47 次阅读

英飞凌于2020年发布了基于.XT技术的D2PAK-7L封装1200V SiC MOSFET SMD系列产品,导通电阻从350mohm到30mohm,覆盖功率范围最高可到20kW。

也许您已选用测试,

或许还在选型观望,

又或者正懵懂于“.XT”是个啥?

不妨读完此文,拨云见日,

三站地铁,十分钟足矣。

一、“.XT”是个啥?

提到.XT,熟悉英飞凌的老司机们,早已会心一笑,脑海中不由浮现出叱咤风电、一身土豪金的IGBT5模块。

英飞凌应用在大功率IGBT模块中的“.XT”技术,覆盖1200V、1700V和3300V电压,主要用于高可靠性的风电和牵引等场合,在芯片DCB之间用了银烧结技术(约20um),来提升可靠性,细节可参见往期文章这里就不再赘述了。

但是.XT并不是指某一种特定的封装技术,而是英飞凌高可靠封装与互连技术的统称。所以并不是“.XT”技术就是特指Ag Sintering(银烧结)。

今天的重点——在SiC表贴D2PAK-7L中的“.XT”技术。SiC单管中的“.XT”,采用了Diffusion Soldering(扩散焊)技术。

简而言之,就是在特定温度和压力条件下,使得SiC芯片的背面金属,与Lead Frame表面金属产生原子的相互扩散,形成可靠的冶金连接,以釜底抽薪之势,一举省去中间焊料。所谓大道至简、惟精惟一,惟英飞凌Know-how的特殊背金芯片与工艺才能实现。

当“.XT”技术遇上SiC单管,

又会迸发出怎样的火花?

二、“.XT”有啥用?

一言以蔽之:降低器件稳态和瞬态热阻,同时提高可靠性。

众所周知,在单管封装中,影响器件Rth(j-c)热阻的主要是芯片、焊料和基板。

SiC芯片材料的导热率为370W/(m*K),远高于IGBT的Si(124W/(m*K)),甚至超过金属铝(220W/(m*K)),与Lead Frame的铜(390 W/(m*K))非常接近。而一般焊料的导热率才60 W/(m*K)左右,典型厚度在50~100um,所占整个器件内部Rth(j-c)热阻之权重,自不言而喻。

所以,单管封装中引入扩散焊“Diffusion Soldering”,省了芯片与lead frame之间的焊料,优化了器件热阻。以1200V/30mOhm的SiC MOSFET单管为例。

基于“.XT”技术的D2PAK-7L(TO-263-7),相比当前焊接版的TO247-3/4L(不排除以后也更新到Diffusion版),可降低约25%的稳态热阻Rth(j-c),和约45%的瞬态热阻Zth(j-c)。

“.XT”技术对器件稳态热阻Rth(j-c)的提升及其影响

同样以1200V/30mOhm D2PAK-7L为例,假定TCase温度100̊C,芯片结温Tvj不超过140̊C。

当采用“.XT”技术后,芯片允许的最大损耗从59W增加到79W,相应地可以增加约14%的电流输出,或者提高开关频率fsw,或者降低芯片温度以提升寿命可靠性。(PS:估算相对理想,在实际应用中,在芯片最大损耗增加的同时,也要综合考虑散热器和器件Case温度的升高。)

“.XT”技术对器件瞬态热阻Zth(j-c)的提升及其影响

降低瞬态热阻,除了在结温波动ΔTvj大的场合提升器件工作寿命和可靠性之外,还可以增强SiC MOSFET正向和反向的浪涌电流冲击能力。以英飞凌1200V/30mOhm的SiC MOSFET体二极管的浪涌电流的实测为例,。

基于“.XT”技术,峰值电流可以从176A增加到278A,对应的瞬态I²T值可以从157A²S到390A²S。此外,Zth(j-c)的提升,还能增加SiC MOSFET约15%的短路时间或者短路耐量,让短路保护设计更加从容。

编辑:jq

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原文标题:当.XT技术遇上SiC单管

文章出处:【微信号:yflgybdt,微信公众号:英飞凌工业半导体】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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